JP3799337B2 - Ｆｍ−ｃｗレーダ装置および該装置における妨害波除去方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、周波数変調（ＦＭ）された連続波（ＣＷ）信号を送受信して目標としての物体を検知し、物体までの距離、物体の移動速度等を測定することで、航法、捜索、監視等を可能とするＦＭ−ＣＷレーダ装置および該装置における妨害波除去方法に関し、特に、他のレーダ等からの干渉電波等の妨害波を除去することの可能なＦＭ−ＣＷレーダ装置および該装置における妨害波除去方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＦＭ−ＣＷレーダは、連続的な電波に周波数変調を加えて送信する方式のレーダである。送信波の一部を、物体から反射してきた受信波と混合すれば、電波が往復する遅延時間に比例したビート波が生じる。このビート信号を周波数分析した場合、周波数が物体までの距離に対応し、振幅（強度）が物体の散乱の強さに対応する。このようなＦＭ−ＣＷレーダ方式は、パルスレーダ方式に比べ、連続波を使用することから小電力ですみ、また、ナノ秒パルスを増幅するような高周波部品を必要としないという利点を有する。
【０００３】
図７は、一般的なＦＭ−ＣＷレーダ装置２の構成を示している。図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃは、その動作説明図を示している。
【０００４】
図７に示すように、繰り返しのこぎり波を発生する掃引信号発生器４によって変調され高周波発振器６から出力される送信信号Ｓｔが、方向性結合器８および送信アンテナ１０を介して空間に送信波Ｗｔとして放射される。
【０００５】
観測しようとする物体である目標Ｔａからの反射波Ｗｒが、受信アンテナ１４によって受信され受信信号Ｓｒとして混合器１６の一方の入力信号として供給される。
【０００６】
一方、混合器１６の他方の入力信号として、高周波発振器６からの送信信号Ｓｔの一部がローカル信号として方向性結合器８から供給されている。
【０００７】
混合器１６は、このローカル信号としての送信信号Ｓｔと受信信号Ｓｒとを混合し、送信信号Ｓｔと受信信号Ｓｒとの時間差に応じた周波数差を有するビート信号Ｓｂを出力する。
【０００８】
図８Ａは、送信信号Ｓｔの周波数変化特性（送信周波数変化特性）Ｃｔと、受信信号Ｓｒの周波数変化特性（受信周波数変化特性）Ｃｒを時間軸上に描いた図である。図８Ａにおいて、送信信号Ｓｔと受信信号Ｓｒとの周波数差ｆｂ（単位は周波数）がビート信号Ｓｂの周波数となり、この周波数差ｆｂの振幅特性Ａｆｂを図８Ｂに示す。
【０００９】
この周波数差ｆｂは、ＦＭ−ＣＷレーダ装置２の位置から目標Ｔａまでの距離に比例するので、ビート信号ＳｂをＦＦＴ（高速フーリエ変換）等の周波数分析器１８で分析し、図８Ｃに示す周波数ｆｂ１（周波数差ｆｂと同一の周波数）で、ある強度を有する周波数スペクトルＰｔａを得る。
【００１０】
この周波数スペクトルＰｔａの周波数ｆｂ１を周波数距離換算器２０で目標Ｔａまでの距離Ｒ（図８Ｃ参照）に換算することで、目標Ｔａまでの測距を行うことができる。
【００１１】
ところで、従来から、目標Ｔａまでの距離等を測定するために、パルスレーダが用いられている。このパルスレーダでは、非常に大きな送信ピーク電力を持つ高周波パルスを使用している。そのため、ＦＭ−ＣＷレーダと同一の周波数もしくは近接する周波数でパルスレーダを使用した場合、ＦＭ−ＣＷレーダは、強い干渉を受け、目標の探知が困難になるという問題がある。
【００１２】
この問題を、図９Ａ〜図９Ｃを用いて詳しく説明する。前記の図７に示すように、ＦＭ−ＣＷレーダと同一の周波数もしくは近接する周波数で、パルスレーダの送信アンテナ２２からの送信波（干渉波あるいは妨害波という。）Ｗｉが、ＦＭ−ＣＷレーダ装置２の受信アンテナ１４で妨害波として受信されてしまう。
【００１３】
図９Ａに、図８Ａの図と重ねて示すように、パルスレーダの送信波Ｗｉは、パルス幅をτとするとき、概略１／τの帯域を有する広い周波数範囲を有する特性（パルスレーダ送信波周波数変化特性）Ｃｐを持つ。この特性Ｃｐを有する送信波Ｗｉがパルス繰り返し周波数（ＰＲＦ）ｆｐで繰り返し送信され、ＦＭ−ＣＷレーダ装置２の本来の受信信号Ｓｒに重畳されて受信される。
【００１４】
この場合、混合器１６から出力される信号上でも、図９Ｂに、図８Ｂの図と重ねて示すように、本来のビート信号Ｓｂの振幅特性Ａｆｂ上に、繰り返し周期１／ｆｐで、パルス状の妨害波信号Ｉｉが重畳される。
【００１５】
本来のビート信号Ｓｂに妨害波信号Ｉｉが重畳された信号を周波数分析器１８で周波数スペクトルに変換すると、図９Ｃに示すように、本来の目標Ｔａからの周波数スペクトルＰｔａ以外に、上記のパルス繰り返し周波数ｆｐに対して整数倍からなる周波数ｎ・ｆｐ（ｎ＝１，２，…）を有する妨害波スペクトルＰｉが現れる。このため、目標Ｔａの探知が困難になる。
【００１６】
パルスレーダ等からの妨害波信号が混入しても、この妨害波を除去し、妨害波を含まない目標からの反射波のビート信号のみを抽出することを可能とするＦＭ−ＣＷレーダ装置および該装置における妨害波除去方法が、この出願の出願人による特許文献１に開示されている。
【００１７】
【特許文献１】
特開２００３−４３１３８号公報（図５）
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
この特許文献１に係る技術では、受信信号Ｓｒ中に、目標Ｔａからの反射波Ｗｒとともに妨害波Ｗｉが含まれる場合、ローカルの送信信号Ｓｔとこの送信信号Ｓｔを遅延させた遅延送信信号とを第１および第２の混合器にそれぞれ供給する。これら第１および第２の混合器により受信信号Ｓｒに対して、それぞれビート信号Ｓｂと遅延ビート信号とを生成する。生成したビート信号Ｓｂと遅延ビート信号とを周波数分析器により周波数分析した後、周波数距離換算器により距離に換算し、相関処理器で相関をとることで妨害波成分を除去し、妨害波Ｗｉを含まない目標Ｔａからの反射波Ｗｒのビート信号のみに対応する目標Ｔａまでの距離Ｒを抽出する。
【００１９】
この特許文献１に係る技術では、妨害波を含まない目標からの反射波のビート信号のみを好適に抽出することができる。
【００２０】
この発明は、このような技術に関連してなされたものであり、パルスレーダ等からの妨害波が混入しても、この妨害波をより簡単な構成で除去し、目標からの反射波のビート信号を生成することを可能とするＦＭ−ＣＷレーダ装置および該装置における妨害波除去方法を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
この項では、理解の容易化のために添付図面中の符号を付けて説明する。したがって、この項に記載した内容がその符号を付けたものに限定して解釈されるものではない。
【００２２】
この発明に係るＦＭ−ＣＷレーダ装置は、たとえば図１、図３に示すように、掃引周期毎に掃引信号により周波数変調された連続波信号である送信信号（Ｓｔ）を送信波（Ｗｔ）として送出するとともに、目標（Ｔａ）からの反射波（Ｗｒ）とパルスレーダからの送信波とを受信信号（Ｓｒ）として受信し、前記パルスレーダからの送信波を妨害波として除去し前記目標を検知するＦＭ−ＣＷレーダ装置（３２）であって、前記送信信号と前記受信信号とからビート信号（Ｓｂ）を生成する混合器（１６）と、前記掃引信号に同期したサンプリング信号（Ｓｐ）を発生するサンプリング信号発生器（８０）と、前記サンプリングパルスにより掃引周期に同期して前記ビート信号をサンプリングし、ビート信号データ（Ｓｂｄ）にＡＤ変換するＡＤ変換器（１８０）と、連続する少なくとも３回の掃引周期の前記ビート信号データ（Ｓｂｄ１〜Ｓｂｄ３）を格納するメモリ（１８１〜１８３）と、前記メモリに格納された前記３回の掃引周期の各ビート信号データのレベルを対応するサンプリング時点毎に比較し、２番目に大きいレベルのビート信号データを選択して前記パルスレーダからの送信波を妨害波として除去し、選択したビート信号データからなる再構成ビート信号データ（Ｓｂｄｓ）を生成する演算器（１８４）とを備えることを特徴とする（請求項１記載の発明）。
【００２３】
また、この発明に係るＦＭ−ＣＷレーダ装置における妨害波除去方法は、図４に示すように、掃引周期毎に掃引信号により周波数変調された連続波信号である送信信号を送信波として送出するとともに、目標からの反射波とパルスレーダからの送信波とを受信信号として受信し、前記パルスレーダからの送信波を妨害波として除去し前記目標を検知するＦＭ−ＣＷレーダ装置における妨害波除去方法であって、前記送信信号と前記受信信号とからビート信号を生成する混合処理過程と、前記掃引信号に同期したサンプリング信号を発生するサンプリング信号発生器から出力される前記サンプリング信号により掃引周期に同期して前記ビート信号をサンプリングし、ビート信号データにＡＤ変換するＡＤ変換処理過程と（ステップＳ１）、連続する少なくとも３回の掃引周期の前記ビート信号データをメモリに格納する格納処理過程と（ステップＳ２）、前記メモリに格納された前記３回の掃引周期の各ビート信号データのレベルを対応するサンプリング時点毎に比較し、２番目に大きいレベルのビート信号データを選択して前記パルスレーダからの妨害波を除去し、選択したビート信号データからなる再構成ビート信号データを生成する演算処理過程と（ステップＳ３、Ｓ４）を備えることを特徴とする（請求項２記載の発明）。
【００２４】
この発明によれば、連続する少なくとも３回の掃引周期のビート信号データのレベルを対応するサンプリング時点毎に比較し、２番目に大きいレベルのビート信号データを選択することで、レベルの大きい妨害波やレベルの小さい妨害波を選択することがなくなり、選択したビート信号データからなる再構成ビート信号データ上から妨害波が除去された目標からの反射波のビート信号データを生成することができる。
【００２５】
なお、連続する４回の送信周期のビート信号データを比較する場合には、２番目または３番目に大きいレベルのビート信号データを選択すればよく、連続する５回の送信周期のビート信号データを比較する場合には、２〜４番目の大きさのいずれかのレベルのビート信号データ、あるいは３番目の大きさのビート信号データを選択すればよい。
【００２６】
この発明は、遅延器や複数の混合器を必要としないので、構成がきわめて簡単になる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下に参照する図面において、上記図７、図８Ａ〜図８Ｃ、および図９Ａ〜図９Ｃに示したものと対応するものには同一の符号を付けてその詳細な説明は省略する。また、必要に応じてこれらの図面を参照する。
【００２８】
図１は、この発明の実施の形態に係るＦＭ−ＣＷレーダ装置３２を示している。
【００２９】
このＦＭ−ＣＷレーダ装置３２は、基本的には、送信部４０と、周波数分析器１１８を含む受信部４２とから構成される。
【００３０】
送信部４０は、直線的に振幅（電圧あるいは電流）が増加するのこぎり波を掃引信号として一定周期で繰り返し発生する掃引信号発生器４と、この掃引信号により周波数変調された、この場合、掃引周期毎に徐々に周波数が高くなる連続波信号である高周波を送信信号Ｓｔとして出力する高周波発振器６と、送信信号Ｓｔを主要な送信信号Ｓｔと一部の送信信号（ローカル信号ともいう。）Ｓｔに分割する方向性結合器８と、主要な送信信号Ｓｔを空間に電波である送信波Ｗｔとして目標Ｔａに対して放射する送信アンテナ１０とを備えている。
【００３１】
受信部４２は、観測しようとする目標Ｔａからの反射波Ｗｒを受信するとともに、ＦＭ−ＣＷレーダ装置３２と同一の周波数もしくは近接する周波数のパルスレーダの送信アンテナ２２からの妨害波（干渉波）としての送信波Ｗｉを受信し、妨害波を含む受信信号Ｓｒを出力する受信アンテナ１４と、妨害波を含む受信信号Ｓｒと送信信号Ｓｔとからビート信号Ｓｂを生成する混合器１６と、アナログ信号であるビート信号Ｓｂをデジタル信号であるビート信号データＳｂｄに変換し後述する妨害波除去処理を行った後に妨害波が除去されたビート信号データＳｂｄの周波数スペクトルをＦＦＴ（高速フーリエ変換）等の処理により出力する周波数分析器１１８と、この周波数スペクトルを距離（横軸を距離、縦軸を強度で表すことができるので、距離強度信号ともいう。）に換算する周波数距離換算器２０とを備える。
【００３２】
周波数分析器１１８は、掃引信号発生器４から供給される、掃引信号に同期した繰り返し方形波信号からサンプリング信号（サンプリングパルス）Ｓｐを発生するサンプリング信号発生器８０と、サンプリング信号Ｓｐを受けて入力アナログ信号であるビート信号Ｓｂを、掃引周期に同期してサンプリングしデジタル化しビート信号データＳｂｄを出力するＡＤ変換器１８０を有している。
【００３３】
周波数分析器１１８は、また、連続する３回の掃引周期のビート信号データＳｂｄをそれぞれビート信号データＳｂｄ１〜Ｓｂｄ３として格納するメモリ１８１〜１８３と、メモリ１８１〜１８３に格納された連続する３回の掃引周期のビート信号データＳｂｄ１〜Ｓｂｄ３を読み出し、読み出した連続する３回の掃引周期のビート信号データＳｂｄ１〜Ｓｂｄ３のレベルを、対応するサンプリング時点毎に比較し、各サンプリング時点で２番目に大きいレベルのビート信号データＳｂｄを選択し、選択した各サンプリング時点で２番目に大きいレベルのビート信号データＳｂｄからなるビート信号データ（再構成ビート信号データという。）Ｓｂｄｓを生成する演算器１８４と、再構成ビート信号データＳｂｄｓをＦＦＴ処理により周波数スペクトルＰｔａに変換して出力する周波数解析手段１８５を有している。メモリ１８１〜１８３は、ＦＩＦＯ（First In First Out）メモリあるいはＲＡＭを使用することができる。
【００３４】
この実施の形態に係るＦＷ−ＣＷレーダ装置３２は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、その動作について説明する。なお、特に断らない限り、制御・処理主体は図示していないコンピュータを構成するＣＰＵである。
【００３５】
図１において、送信部４０を構成する掃引信号発生器４から出力される繰り返しのこぎり波である掃引信号によって変調され高周波発振器６から出力される送信信号Ｓｔが、方向性結合器８および水平方向に回転する送信アンテナ１０を介して空間に電波である送信波Ｗｔとして放射される。
【００３６】
観測しようとする物体である目標Ｔａからの反射波Ｗｒと、ＦＭ−ＣＷレーダ装置３２と同一の周波数もしくは近接する周波数のパルスレーダの送信アンテナ２２からの妨害波（干渉波）としての送信波Ｗｉとが、受信部４２を構成する受信アンテナ１４によって受信され、受信信号Ｓｒとして混合器１６の一方の入力信号として供給される。
【００３７】
一方、混合器１６の他方の入力信号として、高周波発振器６からの送信信号Ｓｔの一部がローカル信号として方向性結合器８から供給されている。
【００３８】
混合器１６は、妨害波を含む受信信号Ｓｒとローカル信号の送信信号Ｓｔとからビート信号Ｓｂを生成する。
【００３９】
このとき、図９Ａ〜図９Ｃを参照して説明した動作と全く同様に、パルスレーダの送信波Ｗｉは、パルス幅をτとするとき、概略１／τの帯域を有する広い周波数範囲を有する特性（パルスレーダ送信波周波数変化特性）Ｃｐを持つ（図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ参照）。
【００４０】
ここで、図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃの上段側には、それぞれ、連続する掃引周期の１掃引周期目、これに続く、２掃引周期目、さらにこれに続く３掃引周期目の送信信号Ｓｔ１〜Ｓｔ３の周波数変化特性（送信周波数変化特性）Ｃｔ１〜Ｃｔ３（実線で表示）と、受信信号Ｓｒ１〜Ｓｒ３の周波数変化特性（受信周波数変化特性）Ｃｒ１〜Ｃｒ３（点線で表示）を時間軸上に描いている。
【００４１】
図２Ａ〜図２Ｃにおいて、対応する送信信号Ｓｔと受信信号Ｓｒとの周波数差ｆｂ（単位は周波数）が、それぞれ下段に描いたビート信号Ｓｂ１〜Ｓｂ３の周波数となり、この周波数差ｆｂは、ＦＷ−ＣＷレーダ装置３２の設置位置と目標Ｔａとの間の距離が一定である場合、同一周波数となる。なお、ＦＷ−ＣＷレーダ装置３２の設置位置と目標Ｔａとの間の距離が一定である場合とは、それらが両方とも固定位置にある場合、あるいは動いていても隣り合う掃引周期間では停止しているとみなせる場合には距離が一定であると見なすことができる。
【００４２】
このような場合には、図２Ａ〜図２Ｃの下段に示す各ビート信号Ｓｂ１〜Ｓｂ３の位相は、掃引周期に同期している、いわゆる同位相と考えることができる。ここで、掃引の繰り返し周波数は、例として、約１［ｋＨｚ］（１［ｍｓ］）に設定することができる。
【００４３】
上述したような特性Ｃｐを有する送信波Ｗｉがパルス繰り返し周波数（ＰＲＦ）ｆｐで繰り返し送信され、ＦＭ−ＣＷレーダ装置３２の本来の受信信号Ｓｒ１〜Ｓｒ３に重畳されて受信される。混合器１６から出力されるビート信号Ｓｂ１〜Ｓｂ３上でも、図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃの下段に示すように、本来のビート信号Ｓｂ１〜Ｓｂ３の振幅特性Ａｆｂ１〜Ａｆｂ３上に、繰り返し周期１／ｆｐで、パルス状の妨害波信号Ｉｉが重畳される。
【００４４】
このパルス状の妨害波信号Ｉｉは、掃引信号と非同期の関係にあるので、ビート信号Ｓｂ１〜Ｓｂ３上に非同期でばらばらに乗ってくる。
【００４５】
このとき、図２Ｄに示す、掃引信号に同期したサンプリング信号ＳｐがＡＤ変換器１８０のクロック入力端子に供給されている。サンプリング信号Ｓｐの周波数は、サンプリング定理により、測定しようとするビート信号Ｓｂの２倍以上の周波数に設定しておく。
【００４６】
ＡＤ変換器１８０は、掃引周期毎にビート信号Ｓｂをサンプリングし、ビート信号データＳｂｄにＡＤ変換する（図４：ステップＳ１）。この場合、時間的に連続する少なくとも３回の掃引周期のビート信号Ｓｂ１（図２Ａ参照）、Ｓｂ２（図２Ｂ参照）、Ｓｂ３（図２ＢＣ参照）を、それぞれ掃引周期毎に連続的にビート信号データＳｂｄ１、Ｓｂｄ２、Ｓｂｄ３に変換し、それぞれメモリ１８１、１８２、１８３に格納する（図４：ステップＳ２）。
【００４７】
図３Ａ〜図３Ｃは、メモリ１８１〜１８３に格納されたビート信号データＳｂｄ１〜Ｓｂｄ３（それぞれ、図２Ａ〜図２Ｃのビート信号Ｓｂ１〜Ｓｂ３に対応する。）を理解の便宜のためアナログ波形として示している。
【００４８】
また、図３Ｅは、メモリアドレスに対応させるサンプリング時点ｔ０〜ｔｎで発生するサンプリングパルスＳｐを示している。
【００４９】
連続する３回の掃引周期分のビート信号データＳｂｄ１〜Ｓｂｄ３がメモリ１８１〜１８３に格納されたとき、演算器１８４は、メモリ１８１〜１８３に格納された前記３回の掃引周期の各ビート信号データのレベル（絶対値）を対応する各サンプリング時点ｔ０〜ｔｎ毎に比較し、各サンプリング時点ｔ０〜ｔｎ毎に、２番目に大きいレベルのビート信号データＳｂｄ（Ｓｂｄ１〜Ｓｂｄ３のうちのいずれか１つ）を選択する（図４：ステップ３）。
【００５０】
次に、演算器１８４は、選択したビート信号データＳｂｄからなる、図３Ｄに示す再構成ビート信号データＳｂｄｓを生成し、演算器１８４内のメモリに格納する（図４：ステップＳ４）。
【００５１】
ステップＳ３の処理過程のように演算することで、混合器１６が飽和レベル以上となるような非常に大きい妨害波信号Ｉｉが、ビート信号Ｓｂ１〜Ｓｂ３に混入していたとしても、ビート信号データＳｂｄ１〜Ｓｂｄ３中の妨害波信号Ｉｉにより形成される最大値が除去できるので、パルスレーダ等のスパイク性の干渉波Ｗｉを除去することができる。最小値も除去できるので、結局、干渉波Ｗｉのレベルの強さに関係なく、非常に強い干渉波でも弱い干渉波でも除去することができる。
【００５２】
なお、連続する３回の掃引周期分のビート信号データＳｂｄ１〜Ｓｂｄ３を平均して妨害波信号Ｉｉを小さくすることができるが、干渉レベルが平均化の回数分の１、この場合１／３に小さくなるに過ぎないので、上記ステップＳ３の処理のように、３回の送信周期の各ビート信号データのレベルの中、各サンプリング時点で２番目に大きいレベルのビート信号データを選択して再構成ビート信号データＳｂｄｓを生成することが好ましい。
【００５３】
また、連続する３回の掃引周期分のビート信号データＳｂｄ１〜Ｓｂｄ３を比較することに限らず、連続する４回の送信周期のビート信号データを比較してもよく、この場合には、２番目または３番目に大きいレベルのビート信号データを選択して再構成ビート信号データＳｂｄｓを作成すればよい。連続する５回の送信周期のビート信号データを比較する場合には、２〜４番目の大きさのいずれかのレベルのビート信号データ、あるいは３番目の大きさのビート信号データを選択して再構成ビート信号データＳｂｄｓを作成すればよい。
【００５４】
このように、一旦、メモリ１８１〜１８３に取り込んだ後の処理は、デジタル的な処理であるので、特開２００３−４３１３８号公報に記載した遅延器や複数の混合器を必要とせず、構成がきわめて簡単になり、コストも低減できる。
【００５５】
これらの処理過程により、妨害波Ｗｉを含まない目標Ｔａからの反射波Ｗｒのビート信号Ｓｂに対応した再構成ビート信号データＳｂｄｓ（図３Ｄ参照）のみを抽出することができる。
【００５６】
次に、周波数分析器１１８を構成する周波数解析手段１８５は、図３Ｄに示す再構成ビート信号データＳｂｄｓをＦＦＴ処理し、図８Ｃに示す周波数ｆｂ１（周波数差ｆｂと同一の周波数）で、ある強度を有する周波数スペクトルＰｔａを得る（図４：ステップＳ５）。
【００５７】
次に、周波数距離換算器２０は、周波数スペクトルＰｔａの周波数ｆｂ１を目標Ｔａの距離Ｒ（図８Ｃ参照）に換算して、目標Ｔａまでの測距が行われる。
【００５８】
図５は、この実施の形態のＦＭ−ＣＷレーダ装置３２により目標Ｔａを観測した場合のレーダ画面のシミュレーション図、図６は、図７の従来技術に係るＦＭ−ＣＷレーダ装置２により同一の目標Ｔａを観測した場合のレーダ画面のシミュレーション図である。なお、図５、図６の場合とも、ＦＭ−ＣＷレーダ装置３２、２の設置位置は固定であり、多数の目標Ｔａも固定されている。観測半径は８［ｋｍ］に設定している。
【００５９】
図６に示す従来技術に係るＦＭ−ＣＷレーダ装置２のレーダシミュレーション画面９０では、目標ＴａのエコーＴａｅの他に、中心から放射状に外方に延びる多数の妨害波（干渉波）Ｗｉに係るクラッターのエコーＣｅが現れているのに対し、図５に示すこの実施の形態に係るＦＭ−ＣＷレーダ装置３２のレーダシミュレーション画面９２では、妨害波（干渉波）ＷｉであるクラッターのエコーＣｅが除去された目標ＴａのエコーＴａｅのみが検知されていることが理解される。
【００６０】
このように上述した実施の形態によれば、受信信号Ｓｒ中に、目標Ｔａからの反射波Ｗｒとともに妨害波Ｗｉが含まれる場合、連続する少なくとも３回の掃引周期のビート信号データＳｂｄ１〜Ｓｂｄ３のレベルを対応するサンプリング時点ｔ０〜ｔｎ毎に比較し、２番目に大きいレベルのビート信号データを選択することで、レベルの大きい妨害波信号Ｉｉやレベルの小さい妨害波信号Ｉｉを選択することがなくなり、選択したビート信号データからなる再構成ビート信号データＳｂｄｓが、妨害波が除去された目標Ｔａからの反射波Ｗｒのビート信号データになる。この場合、遅延器や複数の混合器を必要としないので、構成がきわめて簡単になる。
【００６１】
なお、この発明は、上述の実施の形態に限らず、この発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、連続する少なくとも３回の掃引周期のビート信号データのレベルを対応するサンプリング時点毎に比較し、２番目に大きいレベルのビート信号データを選択することで、レベルの大きい妨害波やレベルの小さい妨害波を選択することがなくなり、選択したビート信号データからなる再構成ビート信号データ上から妨害波が除去された目標からの反射波のビート信号データを生成することができる。
【００６３】
従来技術に比較して遅延器や複数の混合器が不要となるので、きわめて簡単な構成で低コストにＦＭ−ＣＷレーダ装置を作ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図２】図２Ａは、１掃引周期目の送信信号の周波数変化特性と受信信号の周波数変化特性およびビート信号に、それぞれ妨害波であるパルスレーダ送信波周波数変化特性が重畳された特性およびビート信号を示す説明図である。
図２Ｂは、２掃引周期目の送信信号の周波数変化特性と受信信号の周波数変化特性およびビート信号に、それぞれ妨害波であるパルスレーダ送信波周波数変化特性が重畳された特性およびビート信号を示す説明図である。
図２Ｃは、３掃引周期目の送信信号の周波数変化特性と受信信号の周波数変化特性およびビート信号に、それぞれ妨害波であるパルスレーダ送信波周波数変化特性が重畳された特性およびビート信号を示す説明図である。
図２Ｄは、掃引周期に同期したサンプリング信号を示す説明図である。
【図３】図３Ａは、１掃引周期目のビート信号データの説明図である。
図３Ｂは、２掃引周期目のビート信号データの説明図である。
図３Ｃは、３掃引周期目のビート信号データの説明図である。
図３Ｄは、妨害波信号が除去された再構成ビート信号データの説明図である。
図３Ｅは、掃引周期に同期したサンプリング信号を示す説明図である。
【図４】この発明方法に係る実施の形態の処理工程を示すフロー図である。
【図５】この実施の形態に係るＦＭ−ＣＷレーダ装置により目標を観測した場合における妨害波が除去されたレーダ画面のシミュレーション図である。
【図６】従来技術に係るＦＭ−ＣＷレーダ装置により目標を観測する際に、妨害波が除去されずに表示されてしまうことを示すレーダ画面のシミュレーション図である。
【図７】従来技術に係るＦＭ−ＣＷレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図８】図８Ａは、送信信号の周波数変化特性と受信信号の周波数変化特性を示す説明図である。
図８Ｂは、送信信号と受信信号との周波数差を示すビート信号を示す波形図である。
図８Ｃは、目標の反射波に係る周波数強度信号および周波数距離信号の説明図である。
【図９】図９Ａは、送信信号の周波数変化特性と受信信号の周波数変化特性に妨害波であるパルスレーダ送信波周波数変化特性が重畳された特性を示す説明図である。図９Ｂは、送信信号と受信信号との周波数差を示すビート信号上に、パルス上の妨害波信号が重畳された状態を示す説明図である。
図９Ｃは、本来の目標からの周波数スペクトル上に、パルス繰り返し周波数の整数倍からなる周波数を有する妨害波スペクトルが重畳された周波数強度を示す説明図である。
【符号の説明】
２、３２…ＦＭ−ＣＷレーダ装置 ４…掃引信号発生器
６…高周波発振器 ８…方向性結合器
１０、２２…送信アンテナ １６…混合器
１８、１１８…周波数分析器 ２０…周波数距離換算器
２２…送信アンテナ ４０…送信部
４２…受信部 ８０…サンプリング信号発生器
１８０…ＡＤ変換器 １８１〜１８３…メモリ
１８４…演算器 Ａｆｂ…振幅特性
Ｃｅ…クラッターのエコー
Ｃｐ…パルスレーダ送信波周波数変化特性
ｆｂ…周波数差 ｆｂ１…周波数
ｆｐ…パルス繰り返し周波数 Ｉｉ…パルス状の妨害波信号
Ｐｉ…妨害波スペクトル Ｐｔａ…周波数スペクトル
Ｒ…距離 Ｓｂ、Ｓｂ１〜Ｓｂ３…ビート信号
Ｓｂｄ１〜Ｓｂｄ３…ビート信号データ
Ｓｂｄｓ…再構成ビート信号データ Ｓｒ…受信信号
Ｓｔ…送信信号 Ｔａ…目標
Ｔａｅ…目標のエコー Ｗｉ…送信波（干渉波あるいは妨害波）
Ｗｔ…送信波
【発明の属する技術分野】
この発明は、周波数変調（ＦＭ）された連続波（ＣＷ）信号を送受信して目標としての物体を検知し、物体までの距離、物体の移動速度等を測定することで、航法、捜索、監視等を可能とするＦＭ−ＣＷレーダ装置および該装置における妨害波除去方法に関し、特に、他のレーダ等からの干渉電波等の妨害波を除去することの可能なＦＭ−ＣＷレーダ装置および該装置における妨害波除去方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＦＭ−ＣＷレーダは、連続的な電波に周波数変調を加えて送信する方式のレーダである。送信波の一部を、物体から反射してきた受信波と混合すれば、電波が往復する遅延時間に比例したビート波が生じる。このビート信号を周波数分析した場合、周波数が物体までの距離に対応し、振幅（強度）が物体の散乱の強さに対応する。このようなＦＭ−ＣＷレーダ方式は、パルスレーダ方式に比べ、連続波を使用することから小電力ですみ、また、ナノ秒パルスを増幅するような高周波部品を必要としないという利点を有する。
【０００３】
図７は、一般的なＦＭ−ＣＷレーダ装置２の構成を示している。図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃは、その動作説明図を示している。
【０００４】
図７に示すように、繰り返しのこぎり波を発生する掃引信号発生器４によって変調され高周波発振器６から出力される送信信号Ｓｔが、方向性結合器８および送信アンテナ１０を介して空間に送信波Ｗｔとして放射される。
【０００５】
観測しようとする物体である目標Ｔａからの反射波Ｗｒが、受信アンテナ１４によって受信され受信信号Ｓｒとして混合器１６の一方の入力信号として供給される。
【０００６】
一方、混合器１６の他方の入力信号として、高周波発振器６からの送信信号Ｓｔの一部がローカル信号として方向性結合器８から供給されている。
【０００７】
混合器１６は、このローカル信号としての送信信号Ｓｔと受信信号Ｓｒとを混合し、送信信号Ｓｔと受信信号Ｓｒとの時間差に応じた周波数差を有するビート信号Ｓｂを出力する。
【０００８】
図８Ａは、送信信号Ｓｔの周波数変化特性（送信周波数変化特性）Ｃｔと、受信信号Ｓｒの周波数変化特性（受信周波数変化特性）Ｃｒを時間軸上に描いた図である。図８Ａにおいて、送信信号Ｓｔと受信信号Ｓｒとの周波数差ｆｂ（単位は周波数）がビート信号Ｓｂの周波数となり、この周波数差ｆｂの振幅特性Ａｆｂを図８Ｂに示す。
【０００９】
この周波数差ｆｂは、ＦＭ−ＣＷレーダ装置２の位置から目標Ｔａまでの距離に比例するので、ビート信号ＳｂをＦＦＴ（高速フーリエ変換）等の周波数分析器１８で分析し、図８Ｃに示す周波数ｆｂ１（周波数差ｆｂと同一の周波数）で、ある強度を有する周波数スペクトルＰｔａを得る。
【００１０】
この周波数スペクトルＰｔａの周波数ｆｂ１を周波数距離換算器２０で目標Ｔａまでの距離Ｒ（図８Ｃ参照）に換算することで、目標Ｔａまでの測距を行うことができる。
【００１１】
ところで、従来から、目標Ｔａまでの距離等を測定するために、パルスレーダが用いられている。このパルスレーダでは、非常に大きな送信ピーク電力を持つ高周波パルスを使用している。そのため、ＦＭ−ＣＷレーダと同一の周波数もしくは近接する周波数でパルスレーダを使用した場合、ＦＭ−ＣＷレーダは、強い干渉を受け、目標の探知が困難になるという問題がある。
【００１２】
この問題を、図９Ａ〜図９Ｃを用いて詳しく説明する。前記の図７に示すように、ＦＭ−ＣＷレーダと同一の周波数もしくは近接する周波数で、パルスレーダの送信アンテナ２２からの送信波（干渉波あるいは妨害波という。）Ｗｉが、ＦＭ−ＣＷレーダ装置２の受信アンテナ１４で妨害波として受信されてしまう。
【００１３】
図９Ａに、図８Ａの図と重ねて示すように、パルスレーダの送信波Ｗｉは、パルス幅をτとするとき、概略１／τの帯域を有する広い周波数範囲を有する特性（パルスレーダ送信波周波数変化特性）Ｃｐを持つ。この特性Ｃｐを有する送信波Ｗｉがパルス繰り返し周波数（ＰＲＦ）ｆｐで繰り返し送信され、ＦＭ−ＣＷレーダ装置２の本来の受信信号Ｓｒに重畳されて受信される。
【００１４】
この場合、混合器１６から出力される信号上でも、図９Ｂに、図８Ｂの図と重ねて示すように、本来のビート信号Ｓｂの振幅特性Ａｆｂ上に、繰り返し周期１／ｆｐで、パルス状の妨害波信号Ｉｉが重畳される。
【００１５】
本来のビート信号Ｓｂに妨害波信号Ｉｉが重畳された信号を周波数分析器１８で周波数スペクトルに変換すると、図９Ｃに示すように、本来の目標Ｔａからの周波数スペクトルＰｔａ以外に、上記のパルス繰り返し周波数ｆｐに対して整数倍からなる周波数ｎ・ｆｐ（ｎ＝１，２，…）を有する妨害波スペクトルＰｉが現れる。このため、目標Ｔａの探知が困難になる。
【００１６】
パルスレーダ等からの妨害波信号が混入しても、この妨害波を除去し、妨害波を含まない目標からの反射波のビート信号のみを抽出することを可能とするＦＭ−ＣＷレーダ装置および該装置における妨害波除去方法が、この出願の出願人による特許文献１に開示されている。
【００１７】
【特許文献１】
特開２００３−４３１３８号公報（図５）
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
この特許文献１に係る技術では、受信信号Ｓｒ中に、目標Ｔａからの反射波Ｗｒとともに妨害波Ｗｉが含まれる場合、ローカルの送信信号Ｓｔとこの送信信号Ｓｔを遅延させた遅延送信信号とを第１および第２の混合器にそれぞれ供給する。これら第１および第２の混合器により受信信号Ｓｒに対して、それぞれビート信号Ｓｂと遅延ビート信号とを生成する。生成したビート信号Ｓｂと遅延ビート信号とを周波数分析器により周波数分析した後、周波数距離換算器により距離に換算し、相関処理器で相関をとることで妨害波成分を除去し、妨害波Ｗｉを含まない目標Ｔａからの反射波Ｗｒのビート信号のみに対応する目標Ｔａまでの距離Ｒを抽出する。
【００１９】
この特許文献１に係る技術では、妨害波を含まない目標からの反射波のビート信号のみを好適に抽出することができる。
【００２０】
この発明は、このような技術に関連してなされたものであり、パルスレーダ等からの妨害波が混入しても、この妨害波をより簡単な構成で除去し、目標からの反射波のビート信号を生成することを可能とするＦＭ−ＣＷレーダ装置および該装置における妨害波除去方法を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
この項では、理解の容易化のために添付図面中の符号を付けて説明する。したがって、この項に記載した内容がその符号を付けたものに限定して解釈されるものではない。
【００２２】
この発明に係るＦＭ−ＣＷレーダ装置は、たとえば図１、図３に示すように、掃引周期毎に掃引信号により周波数変調された連続波信号である送信信号（Ｓｔ）を送信波（Ｗｔ）として送出するとともに、目標（Ｔａ）からの反射波（Ｗｒ）とパルスレーダからの送信波とを受信信号（Ｓｒ）として受信し、前記パルスレーダからの送信波を妨害波として除去し前記目標を検知するＦＭ−ＣＷレーダ装置（３２）であって、前記送信信号と前記受信信号とからビート信号（Ｓｂ）を生成する混合器（１６）と、前記掃引信号に同期したサンプリング信号（Ｓｐ）を発生するサンプリング信号発生器（８０）と、前記サンプリングパルスにより掃引周期に同期して前記ビート信号をサンプリングし、ビート信号データ（Ｓｂｄ）にＡＤ変換するＡＤ変換器（１８０）と、連続する少なくとも３回の掃引周期の前記ビート信号データ（Ｓｂｄ１〜Ｓｂｄ３）を格納するメモリ（１８１〜１８３）と、前記メモリに格納された前記３回の掃引周期の各ビート信号データのレベルを対応するサンプリング時点毎に比較し、２番目に大きいレベルのビート信号データを選択して前記パルスレーダからの送信波を妨害波として除去し、選択したビート信号データからなる再構成ビート信号データ（Ｓｂｄｓ）を生成する演算器（１８４）とを備えることを特徴とする（請求項１記載の発明）。
【００２３】
また、この発明に係るＦＭ−ＣＷレーダ装置における妨害波除去方法は、図４に示すように、掃引周期毎に掃引信号により周波数変調された連続波信号である送信信号を送信波として送出するとともに、目標からの反射波とパルスレーダからの送信波とを受信信号として受信し、前記パルスレーダからの送信波を妨害波として除去し前記目標を検知するＦＭ−ＣＷレーダ装置における妨害波除去方法であって、前記送信信号と前記受信信号とからビート信号を生成する混合処理過程と、前記掃引信号に同期したサンプリング信号を発生するサンプリング信号発生器から出力される前記サンプリング信号により掃引周期に同期して前記ビート信号をサンプリングし、ビート信号データにＡＤ変換するＡＤ変換処理過程と（ステップＳ１）、連続する少なくとも３回の掃引周期の前記ビート信号データをメモリに格納する格納処理過程と（ステップＳ２）、前記メモリに格納された前記３回の掃引周期の各ビート信号データのレベルを対応するサンプリング時点毎に比較し、２番目に大きいレベルのビート信号データを選択して前記パルスレーダからの妨害波を除去し、選択したビート信号データからなる再構成ビート信号データを生成する演算処理過程と（ステップＳ３、Ｓ４）を備えることを特徴とする（請求項２記載の発明）。
【００２４】
この発明によれば、連続する少なくとも３回の掃引周期のビート信号データのレベルを対応するサンプリング時点毎に比較し、２番目に大きいレベルのビート信号データを選択することで、レベルの大きい妨害波やレベルの小さい妨害波を選択することがなくなり、選択したビート信号データからなる再構成ビート信号データ上から妨害波が除去された目標からの反射波のビート信号データを生成することができる。
【００２５】
なお、連続する４回の送信周期のビート信号データを比較する場合には、２番目または３番目に大きいレベルのビート信号データを選択すればよく、連続する５回の送信周期のビート信号データを比較する場合には、２〜４番目の大きさのいずれかのレベルのビート信号データ、あるいは３番目の大きさのビート信号データを選択すればよい。
【００２６】
この発明は、遅延器や複数の混合器を必要としないので、構成がきわめて簡単になる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下に参照する図面において、上記図７、図８Ａ〜図８Ｃ、および図９Ａ〜図９Ｃに示したものと対応するものには同一の符号を付けてその詳細な説明は省略する。また、必要に応じてこれらの図面を参照する。
【００２８】
図１は、この発明の実施の形態に係るＦＭ−ＣＷレーダ装置３２を示している。
【００２９】
このＦＭ−ＣＷレーダ装置３２は、基本的には、送信部４０と、周波数分析器１１８を含む受信部４２とから構成される。
【００３０】
送信部４０は、直線的に振幅（電圧あるいは電流）が増加するのこぎり波を掃引信号として一定周期で繰り返し発生する掃引信号発生器４と、この掃引信号により周波数変調された、この場合、掃引周期毎に徐々に周波数が高くなる連続波信号である高周波を送信信号Ｓｔとして出力する高周波発振器６と、送信信号Ｓｔを主要な送信信号Ｓｔと一部の送信信号（ローカル信号ともいう。）Ｓｔに分割する方向性結合器８と、主要な送信信号Ｓｔを空間に電波である送信波Ｗｔとして目標Ｔａに対して放射する送信アンテナ１０とを備えている。
【００３１】
受信部４２は、観測しようとする目標Ｔａからの反射波Ｗｒを受信するとともに、ＦＭ−ＣＷレーダ装置３２と同一の周波数もしくは近接する周波数のパルスレーダの送信アンテナ２２からの妨害波（干渉波）としての送信波Ｗｉを受信し、妨害波を含む受信信号Ｓｒを出力する受信アンテナ１４と、妨害波を含む受信信号Ｓｒと送信信号Ｓｔとからビート信号Ｓｂを生成する混合器１６と、アナログ信号であるビート信号Ｓｂをデジタル信号であるビート信号データＳｂｄに変換し後述する妨害波除去処理を行った後に妨害波が除去されたビート信号データＳｂｄの周波数スペクトルをＦＦＴ（高速フーリエ変換）等の処理により出力する周波数分析器１１８と、この周波数スペクトルを距離（横軸を距離、縦軸を強度で表すことができるので、距離強度信号ともいう。）に換算する周波数距離換算器２０とを備える。
【００３２】
周波数分析器１１８は、掃引信号発生器４から供給される、掃引信号に同期した繰り返し方形波信号からサンプリング信号（サンプリングパルス）Ｓｐを発生するサンプリング信号発生器８０と、サンプリング信号Ｓｐを受けて入力アナログ信号であるビート信号Ｓｂを、掃引周期に同期してサンプリングしデジタル化しビート信号データＳｂｄを出力するＡＤ変換器１８０を有している。
【００３３】
周波数分析器１１８は、また、連続する３回の掃引周期のビート信号データＳｂｄをそれぞれビート信号データＳｂｄ１〜Ｓｂｄ３として格納するメモリ１８１〜１８３と、メモリ１８１〜１８３に格納された連続する３回の掃引周期のビート信号データＳｂｄ１〜Ｓｂｄ３を読み出し、読み出した連続する３回の掃引周期のビート信号データＳｂｄ１〜Ｓｂｄ３のレベルを、対応するサンプリング時点毎に比較し、各サンプリング時点で２番目に大きいレベルのビート信号データＳｂｄを選択し、選択した各サンプリング時点で２番目に大きいレベルのビート信号データＳｂｄからなるビート信号データ（再構成ビート信号データという。）Ｓｂｄｓを生成する演算器１８４と、再構成ビート信号データＳｂｄｓをＦＦＴ処理により周波数スペクトルＰｔａに変換して出力する周波数解析手段１８５を有している。メモリ１８１〜１８３は、ＦＩＦＯ（First In First Out）メモリあるいはＲＡＭを使用することができる。
【００３４】
この実施の形態に係るＦＷ−ＣＷレーダ装置３２は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、その動作について説明する。なお、特に断らない限り、制御・処理主体は図示していないコンピュータを構成するＣＰＵである。
【００３５】
図１において、送信部４０を構成する掃引信号発生器４から出力される繰り返しのこぎり波である掃引信号によって変調され高周波発振器６から出力される送信信号Ｓｔが、方向性結合器８および水平方向に回転する送信アンテナ１０を介して空間に電波である送信波Ｗｔとして放射される。
【００３６】
観測しようとする物体である目標Ｔａからの反射波Ｗｒと、ＦＭ−ＣＷレーダ装置３２と同一の周波数もしくは近接する周波数のパルスレーダの送信アンテナ２２からの妨害波（干渉波）としての送信波Ｗｉとが、受信部４２を構成する受信アンテナ１４によって受信され、受信信号Ｓｒとして混合器１６の一方の入力信号として供給される。
【００３７】
一方、混合器１６の他方の入力信号として、高周波発振器６からの送信信号Ｓｔの一部がローカル信号として方向性結合器８から供給されている。
【００３８】
混合器１６は、妨害波を含む受信信号Ｓｒとローカル信号の送信信号Ｓｔとからビート信号Ｓｂを生成する。
【００３９】
このとき、図９Ａ〜図９Ｃを参照して説明した動作と全く同様に、パルスレーダの送信波Ｗｉは、パルス幅をτとするとき、概略１／τの帯域を有する広い周波数範囲を有する特性（パルスレーダ送信波周波数変化特性）Ｃｐを持つ（図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ参照）。
【００４０】
ここで、図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃの上段側には、それぞれ、連続する掃引周期の１掃引周期目、これに続く、２掃引周期目、さらにこれに続く３掃引周期目の送信信号Ｓｔ１〜Ｓｔ３の周波数変化特性（送信周波数変化特性）Ｃｔ１〜Ｃｔ３（実線で表示）と、受信信号Ｓｒ１〜Ｓｒ３の周波数変化特性（受信周波数変化特性）Ｃｒ１〜Ｃｒ３（点線で表示）を時間軸上に描いている。
【００４１】
図２Ａ〜図２Ｃにおいて、対応する送信信号Ｓｔと受信信号Ｓｒとの周波数差ｆｂ（単位は周波数）が、それぞれ下段に描いたビート信号Ｓｂ１〜Ｓｂ３の周波数となり、この周波数差ｆｂは、ＦＷ−ＣＷレーダ装置３２の設置位置と目標Ｔａとの間の距離が一定である場合、同一周波数となる。なお、ＦＷ−ＣＷレーダ装置３２の設置位置と目標Ｔａとの間の距離が一定である場合とは、それらが両方とも固定位置にある場合、あるいは動いていても隣り合う掃引周期間では停止しているとみなせる場合には距離が一定であると見なすことができる。
【００４２】
このような場合には、図２Ａ〜図２Ｃの下段に示す各ビート信号Ｓｂ１〜Ｓｂ３の位相は、掃引周期に同期している、いわゆる同位相と考えることができる。ここで、掃引の繰り返し周波数は、例として、約１［ｋＨｚ］（１［ｍｓ］）に設定することができる。
【００４３】
上述したような特性Ｃｐを有する送信波Ｗｉがパルス繰り返し周波数（ＰＲＦ）ｆｐで繰り返し送信され、ＦＭ−ＣＷレーダ装置３２の本来の受信信号Ｓｒ１〜Ｓｒ３に重畳されて受信される。混合器１６から出力されるビート信号Ｓｂ１〜Ｓｂ３上でも、図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃの下段に示すように、本来のビート信号Ｓｂ１〜Ｓｂ３の振幅特性Ａｆｂ１〜Ａｆｂ３上に、繰り返し周期１／ｆｐで、パルス状の妨害波信号Ｉｉが重畳される。
【００４４】
このパルス状の妨害波信号Ｉｉは、掃引信号と非同期の関係にあるので、ビート信号Ｓｂ１〜Ｓｂ３上に非同期でばらばらに乗ってくる。
【００４５】
このとき、図２Ｄに示す、掃引信号に同期したサンプリング信号ＳｐがＡＤ変換器１８０のクロック入力端子に供給されている。サンプリング信号Ｓｐの周波数は、サンプリング定理により、測定しようとするビート信号Ｓｂの２倍以上の周波数に設定しておく。
【００４６】
ＡＤ変換器１８０は、掃引周期毎にビート信号Ｓｂをサンプリングし、ビート信号データＳｂｄにＡＤ変換する（図４：ステップＳ１）。この場合、時間的に連続する少なくとも３回の掃引周期のビート信号Ｓｂ１（図２Ａ参照）、Ｓｂ２（図２Ｂ参照）、Ｓｂ３（図２ＢＣ参照）を、それぞれ掃引周期毎に連続的にビート信号データＳｂｄ１、Ｓｂｄ２、Ｓｂｄ３に変換し、それぞれメモリ１８１、１８２、１８３に格納する（図４：ステップＳ２）。
【００４７】
図３Ａ〜図３Ｃは、メモリ１８１〜１８３に格納されたビート信号データＳｂｄ１〜Ｓｂｄ３（それぞれ、図２Ａ〜図２Ｃのビート信号Ｓｂ１〜Ｓｂ３に対応する。）を理解の便宜のためアナログ波形として示している。
【００４８】
また、図３Ｅは、メモリアドレスに対応させるサンプリング時点ｔ０〜ｔｎで発生するサンプリングパルスＳｐを示している。
【００４９】
連続する３回の掃引周期分のビート信号データＳｂｄ１〜Ｓｂｄ３がメモリ１８１〜１８３に格納されたとき、演算器１８４は、メモリ１８１〜１８３に格納された前記３回の掃引周期の各ビート信号データのレベル（絶対値）を対応する各サンプリング時点ｔ０〜ｔｎ毎に比較し、各サンプリング時点ｔ０〜ｔｎ毎に、２番目に大きいレベルのビート信号データＳｂｄ（Ｓｂｄ１〜Ｓｂｄ３のうちのいずれか１つ）を選択する（図４：ステップ３）。
【００５０】
次に、演算器１８４は、選択したビート信号データＳｂｄからなる、図３Ｄに示す再構成ビート信号データＳｂｄｓを生成し、演算器１８４内のメモリに格納する（図４：ステップＳ４）。
【００５１】
ステップＳ３の処理過程のように演算することで、混合器１６が飽和レベル以上となるような非常に大きい妨害波信号Ｉｉが、ビート信号Ｓｂ１〜Ｓｂ３に混入していたとしても、ビート信号データＳｂｄ１〜Ｓｂｄ３中の妨害波信号Ｉｉにより形成される最大値が除去できるので、パルスレーダ等のスパイク性の干渉波Ｗｉを除去することができる。最小値も除去できるので、結局、干渉波Ｗｉのレベルの強さに関係なく、非常に強い干渉波でも弱い干渉波でも除去することができる。
【００５２】
なお、連続する３回の掃引周期分のビート信号データＳｂｄ１〜Ｓｂｄ３を平均して妨害波信号Ｉｉを小さくすることができるが、干渉レベルが平均化の回数分の１、この場合１／３に小さくなるに過ぎないので、上記ステップＳ３の処理のように、３回の送信周期の各ビート信号データのレベルの中、各サンプリング時点で２番目に大きいレベルのビート信号データを選択して再構成ビート信号データＳｂｄｓを生成することが好ましい。
【００５３】
また、連続する３回の掃引周期分のビート信号データＳｂｄ１〜Ｓｂｄ３を比較することに限らず、連続する４回の送信周期のビート信号データを比較してもよく、この場合には、２番目または３番目に大きいレベルのビート信号データを選択して再構成ビート信号データＳｂｄｓを作成すればよい。連続する５回の送信周期のビート信号データを比較する場合には、２〜４番目の大きさのいずれかのレベルのビート信号データ、あるいは３番目の大きさのビート信号データを選択して再構成ビート信号データＳｂｄｓを作成すればよい。
【００５４】
このように、一旦、メモリ１８１〜１８３に取り込んだ後の処理は、デジタル的な処理であるので、特開２００３−４３１３８号公報に記載した遅延器や複数の混合器を必要とせず、構成がきわめて簡単になり、コストも低減できる。
【００５５】
これらの処理過程により、妨害波Ｗｉを含まない目標Ｔａからの反射波Ｗｒのビート信号Ｓｂに対応した再構成ビート信号データＳｂｄｓ（図３Ｄ参照）のみを抽出することができる。
【００５６】
次に、周波数分析器１１８を構成する周波数解析手段１８５は、図３Ｄに示す再構成ビート信号データＳｂｄｓをＦＦＴ処理し、図８Ｃに示す周波数ｆｂ１（周波数差ｆｂと同一の周波数）で、ある強度を有する周波数スペクトルＰｔａを得る（図４：ステップＳ５）。
【００５７】
次に、周波数距離換算器２０は、周波数スペクトルＰｔａの周波数ｆｂ１を目標Ｔａの距離Ｒ（図８Ｃ参照）に換算して、目標Ｔａまでの測距が行われる。
【００５８】
図５は、この実施の形態のＦＭ−ＣＷレーダ装置３２により目標Ｔａを観測した場合のレーダ画面のシミュレーション図、図６は、図７の従来技術に係るＦＭ−ＣＷレーダ装置２により同一の目標Ｔａを観測した場合のレーダ画面のシミュレーション図である。なお、図５、図６の場合とも、ＦＭ−ＣＷレーダ装置３２、２の設置位置は固定であり、多数の目標Ｔａも固定されている。観測半径は８［ｋｍ］に設定している。
【００５９】
図６に示す従来技術に係るＦＭ−ＣＷレーダ装置２のレーダシミュレーション画面９０では、目標ＴａのエコーＴａｅの他に、中心から放射状に外方に延びる多数の妨害波（干渉波）Ｗｉに係るクラッターのエコーＣｅが現れているのに対し、図５に示すこの実施の形態に係るＦＭ−ＣＷレーダ装置３２のレーダシミュレーション画面９２では、妨害波（干渉波）ＷｉであるクラッターのエコーＣｅが除去された目標ＴａのエコーＴａｅのみが検知されていることが理解される。
【００６０】
このように上述した実施の形態によれば、受信信号Ｓｒ中に、目標Ｔａからの反射波Ｗｒとともに妨害波Ｗｉが含まれる場合、連続する少なくとも３回の掃引周期のビート信号データＳｂｄ１〜Ｓｂｄ３のレベルを対応するサンプリング時点ｔ０〜ｔｎ毎に比較し、２番目に大きいレベルのビート信号データを選択することで、レベルの大きい妨害波信号Ｉｉやレベルの小さい妨害波信号Ｉｉを選択することがなくなり、選択したビート信号データからなる再構成ビート信号データＳｂｄｓが、妨害波が除去された目標Ｔａからの反射波Ｗｒのビート信号データになる。この場合、遅延器や複数の混合器を必要としないので、構成がきわめて簡単になる。
【００６１】
なお、この発明は、上述の実施の形態に限らず、この発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、連続する少なくとも３回の掃引周期のビート信号データのレベルを対応するサンプリング時点毎に比較し、２番目に大きいレベルのビート信号データを選択することで、レベルの大きい妨害波やレベルの小さい妨害波を選択することがなくなり、選択したビート信号データからなる再構成ビート信号データ上から妨害波が除去された目標からの反射波のビート信号データを生成することができる。
【００６３】
従来技術に比較して遅延器や複数の混合器が不要となるので、きわめて簡単な構成で低コストにＦＭ−ＣＷレーダ装置を作ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図２】図２Ａは、１掃引周期目の送信信号の周波数変化特性と受信信号の周波数変化特性およびビート信号に、それぞれ妨害波であるパルスレーダ送信波周波数変化特性が重畳された特性およびビート信号を示す説明図である。
図２Ｂは、２掃引周期目の送信信号の周波数変化特性と受信信号の周波数変化特性およびビート信号に、それぞれ妨害波であるパルスレーダ送信波周波数変化特性が重畳された特性およびビート信号を示す説明図である。
図２Ｃは、３掃引周期目の送信信号の周波数変化特性と受信信号の周波数変化特性およびビート信号に、それぞれ妨害波であるパルスレーダ送信波周波数変化特性が重畳された特性およびビート信号を示す説明図である。
図２Ｄは、掃引周期に同期したサンプリング信号を示す説明図である。
【図３】図３Ａは、１掃引周期目のビート信号データの説明図である。
図３Ｂは、２掃引周期目のビート信号データの説明図である。
図３Ｃは、３掃引周期目のビート信号データの説明図である。
図３Ｄは、妨害波信号が除去された再構成ビート信号データの説明図である。
図３Ｅは、掃引周期に同期したサンプリング信号を示す説明図である。
【図４】この発明方法に係る実施の形態の処理工程を示すフロー図である。
【図５】この実施の形態に係るＦＭ−ＣＷレーダ装置により目標を観測した場合における妨害波が除去されたレーダ画面のシミュレーション図である。
【図６】従来技術に係るＦＭ−ＣＷレーダ装置により目標を観測する際に、妨害波が除去されずに表示されてしまうことを示すレーダ画面のシミュレーション図である。
【図７】従来技術に係るＦＭ−ＣＷレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図８】図８Ａは、送信信号の周波数変化特性と受信信号の周波数変化特性を示す説明図である。
図８Ｂは、送信信号と受信信号との周波数差を示すビート信号を示す波形図である。
図８Ｃは、目標の反射波に係る周波数強度信号および周波数距離信号の説明図である。
【図９】図９Ａは、送信信号の周波数変化特性と受信信号の周波数変化特性に妨害波であるパルスレーダ送信波周波数変化特性が重畳された特性を示す説明図である。図９Ｂは、送信信号と受信信号との周波数差を示すビート信号上に、パルス上の妨害波信号が重畳された状態を示す説明図である。
図９Ｃは、本来の目標からの周波数スペクトル上に、パルス繰り返し周波数の整数倍からなる周波数を有する妨害波スペクトルが重畳された周波数強度を示す説明図である。
【符号の説明】
２、３２…ＦＭ−ＣＷレーダ装置 ４…掃引信号発生器
６…高周波発振器 ８…方向性結合器
１０、２２…送信アンテナ １６…混合器
１８、１１８…周波数分析器 ２０…周波数距離換算器
２２…送信アンテナ ４０…送信部
４２…受信部 ８０…サンプリング信号発生器
１８０…ＡＤ変換器 １８１〜１８３…メモリ
１８４…演算器 Ａｆｂ…振幅特性
Ｃｅ…クラッターのエコー
Ｃｐ…パルスレーダ送信波周波数変化特性
ｆｂ…周波数差 ｆｂ１…周波数
ｆｐ…パルス繰り返し周波数 Ｉｉ…パルス状の妨害波信号
Ｐｉ…妨害波スペクトル Ｐｔａ…周波数スペクトル
Ｒ…距離 Ｓｂ、Ｓｂ１〜Ｓｂ３…ビート信号
Ｓｂｄ１〜Ｓｂｄ３…ビート信号データ
Ｓｂｄｓ…再構成ビート信号データ Ｓｒ…受信信号
Ｓｔ…送信信号 Ｔａ…目標
Ｔａｅ…目標のエコー Ｗｉ…送信波（干渉波あるいは妨害波）
Ｗｔ…送信波
Claims (2)
- 掃引周期毎に掃引信号により周波数変調された連続波信号である送信信号を送信波として送出するとともに、目標からの反射波とパルスレーダからの送信波とを受信信号として受信し、前記パルスレーダからの送信波を妨害波として除去し前記目標を検知するＦＭ−ＣＷレーダ装置であって、
前記送信信号と前記受信信号とからビート信号を生成する混合器と、
前記掃引信号に同期したサンプリング信号を発生するサンプリング信号発生器と、
前記サンプリング信号により掃引周期に同期して前記ビート信号をサンプリングし、ビート信号データにＡＤ変換するＡＤ変換器と、
連続する少なくとも３回の掃引周期の前記ビート信号データを格納するメモリと、
前記メモリに格納された前記３回の掃引周期の各ビート信号データのレベルを対応するサンプリング時点毎に比較し、２番目に大きいレベルのビート信号データを選択して前記パルスレーダからの送信波を妨害波として除去し、選択したビート信号データからなる再構成ビート信号データを生成する演算器と
を備えることを特徴とするＦＭ−ＣＷレーダ装置。 - 掃引周期毎に掃引信号により周波数変調された連続波信号である送信信号を送信波として送出するとともに、目標からの反射波とパルスレーダからの送信波とを受信信号として受信し、前記パルスレーダからの送信波を妨害波として除去し前記目標を検知するＦＭ−ＣＷレーダ装置における妨害波除去方法であって、
前記送信信号と前記受信信号とからビート信号を生成する混合処理過程と、
前記掃引信号に同期したサンプリング信号を発生するサンプリング信号発生器から出力される前記サンプリング信号により掃引周期に同期して前記ビート信号をサンプリングし、ビート信号データにＡＤ変換するＡＤ変換処理過程と、
連続する少なくとも３回の掃引周期の前記ビート信号データをメモリに格納する格納処理過程と、
前記メモリに格納された前記３回の掃引周期の各ビート信号データのレベルを対応するサンプリング時点毎に比較し、２番目に大きいレベルのビート信号データを選択して前記パルスレーダからの妨害波を除去し、選択したビート信号データからなる再構成ビート信号データを生成する演算処理過程と
を備えることを特徴とするＦＭ−ＣＷレーダ装置における妨害波除去方法。
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